WO2003080218A1 - Honeycomb filter - Google Patents

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WO2003080218A1
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face
cross
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Motonari Ito
Takashi Mizutani
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NGK Insulators Ltd
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    • B01D46/2498—The honeycomb filter being defined by mathematical relationships

Definitions

  • the present invention relates to a porous honeycomb filter that can be used for gas filtration such as trapping of fine particles in exhaust gas from internal combustion engines and boilers, etc., and for filtration of liquids such as water and sewage. It relates to a honeycomb filter. Background art
  • a honeycomb filter used for such a purpose is composed of an inlet end face 42, an outlet end face 44, and an end face 42 of a fluid to be treated, as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). It has a partition wall 2 extending to the end surface 4 and a number of rectangular cross-sectional flow holes 3a and 3b partitioned by the partition wall 2 and penetrating from the inflow end surface 42 to the outflow end surface 44, and the end surface is in a checkered pattern. So that the adjacent flow holes 3a and 3b are sealed at one end opposite to each other.
  • the fluid to be treated flows through the flow hole 3b opened at the inflow end surface 42, that is, the flow hole 3b sealed at the outflow end surface 44.
  • the porous partition wall 2 Flows through the porous partition wall 2 and is discharged from the adjacent flow holes 3a, that is, the flow holes 3a that are sealed at the inflow end surface 42 and open at the outflow end surface 44.
  • the partition 2 serves as a filter, and the captured matter is deposited on the partition (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-301114).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a honeycomb filter in which a pressure loss due to use is not increased with time.
  • the present invention provides an inflow end face and an outflow end face of a fluid to be treated, a porous partition wall extending from the inflow end face to the outflow end face, and a large number of circulations partitioned by the partition wall and penetrating from the inflow end face to the outflow end face.
  • a honeycomb filter in which a predetermined flow hole is sealed at the inflow end face, and a remaining predetermined flow hole is sealed at the outflow end face, wherein the honeycomb filter is sealed at the inflow end face.
  • a (mm 2 ) is the total vertical cross-sectional area with respect to the longitudinal direction of the flow hole
  • B (mm 2 ) is the total vertical cross-sectional area with respect to the longitudinal direction of the flow hole sealed at the outflow end face.
  • it provides an 82-camphile, which is characterized by the relationship of A ⁇ B.
  • B is in the range of (AX1.1) ⁇ B ⁇ (AX15) with respect to A, and the flow rate per one flow hole sealed at the inflow end face is
  • the average area in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the hole is C (mm 2 Zl flow hole), and the average area in the vertical cross section per flow hole sealed at the outflow end face is D (mm 2 / When (1 flow hole) is satisfied, it is also preferable that the relation of C ⁇ D is satisfied.
  • the flow holes on both sides of the partition wall are sealed at end faces opposite to each other, and a vertical cross-sectional shape in the longitudinal direction of the flow hole sealed at the inflow end face, and an outflow end face It is also preferable that the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the flow hole sealed in is different. It is also preferable that the cross-sectional shape of the partition wall formed by repeating a predetermined shape as one unit.
  • the total cross-sectional area of the partition wall in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the flow hole is E (mm 2 ), the A (mm 2 ), the B (mm 2 ), and the E (mm 2 )
  • the relationship between the D (mm 2/1 flow hole) and the F (mm) is preferably a D / F ⁇ 5. 5 (mm / 1 flow holes).
  • the porosity of the partition walls is preferably 20% or more.
  • the partition walls are mainly composed of ceramics and / or metal, and the main components are cordierite, mullite, alumina, spinel, silicon carbide, silicon nitride, lithium aluminum silicate, aluminum titanate, Fe — Cr—A More preferably, one or more selected from the group 1 metals and metallic silicon.
  • a catalyst is supported on the partition walls, and it is also preferable that a plurality of segments having a honeycomb structure be integrated.
  • the 82-cam fill is for capturing fine particles discharged from a diesel engine. It is also preferred.
  • FIG. 1 (a) is a schematic perspective view showing one embodiment of the honeycomb filter according to the present invention
  • FIG. 1 (b) is a schematic plan view showing one embodiment of the honeycomb filter of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the II section of FIG. 1 (b).
  • FIG. 3 is a bottom view of a portion corresponding to FIG.
  • FIG. 4 is a schematic partially enlarged plan view showing another embodiment of the honeycomb filter according to the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged plan view schematically showing still another embodiment of the honeycomb filter 1 according to the present invention.
  • FIG. 6 is a partially enlarged plan view schematically showing a further embodiment of the honeycomb filter according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing still another embodiment of the honeycomb filter according to the present invention. It is a part enlarged view.
  • FIG. 8 is a schematic partial enlarged plan view showing still another embodiment of the honeycomb filter according to the present invention.
  • FIG. 9 is a partially enlarged plan view schematically showing still another embodiment of the honeycomb filter 1 according to the present invention.
  • FIG. 10 is a partially enlarged schematic plan view showing still another embodiment of the honeycomb filter according to the present invention.
  • FIG. 11 is a partially enlarged schematic plan view showing still another embodiment of the honeycomb filter according to the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the pressure loss and the amount of PM deposited per unit filter area.
  • FIG. 13 (a) is a schematic perspective view showing a conventional honeycomb filter
  • FIG. 13 (b) is a schematic partial enlarged view of the Xb portion thereof.
  • FIG. 14 is a schematic partial enlarged plan view showing a conventional honeycomb filter. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • a section means a section perpendicular to the longitudinal direction of the flow hole (the X-axis direction in FIG. 1A) unless otherwise specified.
  • the honeycomb filter 1 of the present invention extends from the inflow end surface 42 and the outflow end surface 44 of the fluid to be processed, and from the inflow end surface 42 to the outflow end surface 44. It has a porous partition wall 2 and a large number of flow holes 3a and 3b partitioned by the partition wall 2 and penetrating from the inflow end surface 42 to the outflow end surface 44. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, predetermined flow holes 3a are sealed at the inflow end surface 42, and remaining predetermined flow holes 3b are sealed at the outflow end surface 44. I have. In FIGS. 1 (a) and 1 (b) and in the following drawings, a flow-through mosquito in which a flow-through hole filled in black is sealed at the end surface is shown.
  • An important feature of the present invention is the sealing at the inflow end face 42, as shown, for example, in FIGS.
  • A the total cross-sectional area of the closed flow holes 3 a
  • the total cross-sectional area of the flow holes 3 b sealed at the outflow end surface 44 is B (mm 2 )
  • a ⁇ B the total cross-sectional area of the flow holes into which the fluid to be processed flows.
  • the present inventor has developed a pressure loss using various honeycomb filters for DPF having different cell densities (the number of flow holes per unit cross-sectional area) with the conventional structure as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b).
  • the pressure loss greatly depends on (PM adhesion weight) / (partition surface area), that is, the thickness of PM deposited on the partition.
  • the relationship of A ⁇ B that is, the total cross-sectional area (B) of the flow holes into which the fluid to be treated flows is larger than the total (A) of the cross-sectional areas of the flow holes from which the fluid to be treated flows out is larger.
  • a ⁇ B that is, the total cross-sectional area (B) of the flow holes into which the fluid to be treated flows is larger than the total (A) of the cross-sectional areas of the flow holes from which the fluid to be treated flows out is larger.
  • B ⁇ (AX15) more preferably B ⁇ (AX10), particularly B ⁇ (AX6.5), and especially B ⁇ (AX2.5).
  • the average cross-sectional area of one of the flow holes 3 a sealed at the inflow end surface 42 is C (mm 2 Zl flow hole), and the average cross-sectional area is at the outflow end surface 44.
  • the relationship is C ⁇ D, that is, the fluid to be treated flows 1 It is preferable that the average cross-sectional area of each of the flow holes 3b is larger than the average cross-sectional area of one of the flow holes 3a from which the fluid to be treated flows out, since the surface area of the partition wall can be increased. Also in this case, if the difference between C and D is too small, the effect of the present invention is difficult to obtain, so that (CX I. 1) ⁇ D, further (CX 1.3) ⁇ D, especially (CX 1. 5) It is preferable that ⁇ D.
  • a preferred embodiment for the configuration of the present invention as described above is, for example, that any one of the partition walls, for example, the flow holes 3aX and 3bX on both sides of the partition wall 2X in FIG. 3aX is sealed at the inflow end face and 3bX is sealed at the outflow end face.
  • the cross-sectional shape of the flow hole 3bX through which the fluid to be treated flows and the flow hole 3ax through which the fluid to be treated flows out Are different from each other in cross section. With this configuration, the partition wall can be effectively used as a filter, and the cross-sectional area of the flow hole into which the fluid to be processed flows can be increased.
  • the honeycomb filter of the present invention is preferably configured such that the cross-sectional shape of the partition wall is a predetermined shape, for example, the shape in a dotted frame indicated by Y in FIG. No.
  • the cross-sectional shape of the partition wall is a predetermined shape, for example, the shape in a dotted frame indicated by Y in FIG. No.
  • the flow hole through which the fluid to be treated flows in is 1 or 2 More than one type, preferably one or two types of predetermined shapes, and adjacent one or more, or more than one, preferably one or two types of flow holes through which the fluid to be treated flows out.
  • a form in which the cross section of the filter is formed is conceivable. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the flow holes 3b are hexagonal, and the flow holes 3a adjacent to the flow holes 3b across the partition wall are triangular, as shown in FIGS. 4 and 5.
  • a shape in which the flow hole 3b is a polygon having a vertex with a concave inner angle, for example, an octagon, and the flow hole 3a adjacent thereto with a partition wall interposed therebetween is made into a quadrangle, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • a shape in which the flow hole 3a adjacent to the flow path 3a and the partition wall is surrounded by four or three concave arcs.
  • the cross-sectional shape of the flow hole is square, and the flow hole 3b into which the fluid to be treated flows is large flow hole 3 ⁇ and a form with a small flow hole 3 b 2.
  • the form of the corner portions 4 b of the large flow hole 3 bt, a corner portion 4 b 2 a small flow hole 3 b 2 is in the position against direction across the intersection portion 5 of the partition wall 2 is preferred.
  • a method has been proposed to promote the combustion of PM accumulated in the DPF by including a catalyst that promotes PM combustion in the exhaust gas.
  • the component (ash) derived from the catalyst component accumulates in the flow hole into which the fluid to be treated flows.
  • This ash unlike PM, accumulates on the sealing portion inside the flow hole, so the large volume of the flow hole into which the fluid to be treated flows is necessary to suppress the increase in pressure loss due to the ash accumulation.
  • the honeycomb filter of the present invention is effective.
  • the configuration as shown in FIG. 8 is excellent from the viewpoint of the strength of the honeycomb filter. Further, this honeycomb structure has an advantage that a die for extrusion molding is relatively easy and the formability is good.
  • FIG. 9 shows still another preferred embodiment of the present invention.
  • the cross-sectional shape of the flow hole through which the fluid to be treated flows out is rectangular, and the flow hole 3 b adjacent to the flow hole 3 ax across the surface of the partition wall 2 X and into which the fluid to be treated flows.
  • X is an octagon.
  • This form also has the advantage that the cross-sectional area of the flow hole into which the fluid to be treated flows can be increased, the die can be easily formed, and the moldability is good.
  • FIG. 10 shows still another preferred embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the flow holes is triangular, and the two flow holes 3 aX and 3 ax 2 through which the fluid to be treated flows out are formed by the flow holes 3 bX through which the fluid to be processed flows.
  • This is a mode in which they are arranged adjacent to each other with a partition wall 2 x forming one surface interposed therebetween.
  • FIG. 11 Another preferred embodiment of the present invention is shown in FIG.
  • the embodiment shown in FIG. 11 includes two types of flow holes 3 b, 3 b 2 into which the fluid to be treated flows, whose cross-sectional shapes are hexagonal and quadrangular. Further, it provided the cross-sectional shape of the two types is a square and a triangle, the communication holes 3 a 3 a 2 in which the processing flow body to flow out.
  • the fluid to be treated flows, flow hole 3 a 2 of the fluid passing holes of two square section 3 at and four triangular section is, through channels 3 bi and the partition surface having a hexagonal cross section in which the processing flow body flows sandwiched therebetween is arranged to be adjacent, the fluid to be treated flows, a three-two square cross section of the circulation holes 3 and two square cross section of the flow hole 3 a 2 is flow hole square section into which the fluid to be treated flows 3 b 2 is arranged adjacent to the partition wall.
  • a form is slightly inferior in terms of the production of the die and the moldability, since it has flow holes through which the fluids to be treated of different sizes flow, the flow having a large opening can be achieved without lowering the overall cell density. A hole can be provided, and the blockage of the flow hole can be effectively suppressed.
  • the preferred form of the through-holes is shown in FIGS. 2 to 11, all the through-holes of the honeycomb filter do not need to have such a form, and particularly, as shown in FIG. 1 (b).
  • the above-described preferred form may not be obtained in some cases. Even in such a case, the effect appears when the above-described preferred form occupies 30% by volume or more of the entire cross-sectional flow hole, and more preferably 50% by volume or more, more particularly 70% by volume or more. Such a form is preferable.
  • the average cell density of the honeycomb filter of the present invention is not particularly limited. If the average cell density is too small, the strength and effective GSA (geometric surface area) of the filter are insufficient, and if the average cell density is too large, Initial pressure loss is too large Not good. Therefore, the cell density is 6-2000 cells Z square inch (0.9-31 1 cells Z cm 2 ), and even 50-: L 000 cells / square inch (7.8-155 cells Z cm 2 ), especially It is preferably in the range of 100 to 400 cells / square inch (15.5 to 62.0 cells / cm 2 ).
  • the present invention is intended to suppress the pressure loss from increasing with time, it is also important to reduce the initial pressure loss, and the initial pressure loss is such that the fluid to be treated is reduced in the cross section of the honeycomb filter.
  • the cross-sectional area of the inflow holes that is, A (mm 2 )
  • the cross-sectional area of the flow holes from which the target fluid flows out that is, B (mm 2 )
  • the cross-sectional area of the partition walls that is, the ratio of E (mm 2 )
  • A: B: E is preferably from 4 to 30:32 to 57: 7 to 64, more preferably from 10 to 30:37 to 57:15 to 50, and still more preferably from 15 to 30: 42-57: The range is 25-45.
  • the cross-sectional area per one flow hole into which the fluid to be treated flows is defined by the cross-section of a conventional filter as shown in FIG. 13 (b). If the cross-sectional area of the flow hole through which the fluid to be treated flows is made smaller than this, and the thickness of the partition wall is made equal to the conventional thickness, the cross-sectional area of the partition wall occupies the entire filter cross-sectional area. The ratio becomes relatively large. Therefore, when trying to obtain the same strength as a conventional filter, the thickness of the partition can be reduced, and the initial pressure loss can be reduced.
  • the cross-sectional area per one flow hole into which the fluid to be treated flows ie, D (mm 2 Zl flow through hole) is determined by the average thickness of the partition walls in the cross section, ie, F (mm).
  • the value divided by is preferably 5.5 (mm / 1 flow hole) or more, more preferably 6.0 (mmZ1 flow hole) or more, and 6.5 (mmZl flow hole) or more. It is even better.
  • the absolute value of the thickness of the partition wall in the present invention is not particularly limited. However, if the partition wall is too thick, the initial pressure loss when the treatment fluid permeates the porous partition wall becomes too large, and if the partition wall is too thin, the strength becomes strong. Are insufficient and each is not preferable.
  • the thickness of the bulkhead is preferably in the range of 30 to 2000 mm, more preferably 40 to 1000 m, especially 50 to 750.
  • the outer peripheral wall 7 as shown in FIG. 1 (a) is preferably thicker than the partition wall 2 from the viewpoint of the strength of the honeycomb filter, and is preferably 45 to 6000 1 [1, more preferably 60 to 4000 m, Preferably it is in the range from 75 to 2000 m.
  • the outer peripheral wall may be not only a molded integral wall formed integrally with the partition wall at the time of molding, but also a cement coat wall formed by forming the outer peripheral wall with cement or the like after grinding the outer periphery after molding.
  • the partition wall of the honeycomb filter of the present invention is a porous body
  • the pore diameter of the partition wall is not particularly limited, and can be appropriately selected by those skilled in the art according to the application.
  • the pore diameter can be selected depending on the viscosity of the fluid to be treated and the object to be separated.
  • the average diameter is preferably about 1 to 100 m.
  • the porosity is important and has a great influence on the initial pressure loss. If the porosity is too small, the initial pressure loss is too large, which is not preferable.
  • the porosity when used for DPF, is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, and still more preferably 40% or more.
  • increasing the porosity by reducing the thickness of the partition wall is also a preferable mode from the viewpoint of reducing the initial pressure loss.
  • the partition wall thickness is 0.5 mm or less, more preferably. It is also preferably 0.45 mm or less, more preferably 0.4 mm or less, and the porosity is 30% or more, more preferably 40% or more.
  • the porosity is if the porosity is too large, the strength is too low, so the porosity is preferably 90% or less.
  • the porosity when used as a filter that requires a low pressure loss, such as a filter that supports a catalyst and continuously burns particulates, the porosity may be in the range of 30 to 90%. Preferably, the porosity is more preferably in the range of 50 to 80%, particularly preferably in the range of 50 to 75%.
  • a dense and high-strength material is required to withstand the large thermal stress generated during PM combustion. Becomes The porosity of such a material is preferably 20 to 80%, more preferably 25 to 70%, and particularly preferably 30 to 60%. In the present invention, the porosity means volume%.
  • the material constituting the 82-cam filter is not particularly limited, but from the viewpoints of strength, heat resistance, durability and the like, various ceramics whose main components are oxides or non-oxides, metals and the like are used.
  • Preferable examples include cordierite, mullite, alumina, spinel, silicon carbide, silicon nitride, lithium aluminum silicate, aluminum titanate and the like.
  • Metals and metallic silicon are conceivable, and it is preferable to use one or more selected from these as the main component.
  • one or two main components are selected from the group consisting of alumina, mullite, lithium aluminum silicate, cordierite, silicon carbide, and silicon nitride.
  • the "main component” means that 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more of the honeycomb filter.
  • the material of the sealing portion formed by sealing the flow hole but one selected from the ceramics and metals listed as suitable for the partition wall of the honeycomb filter described above. Or those containing two or more types of ceramics and / or metals are preferable.
  • a catalyst for example, a metal having catalytic ability
  • the honeycomb filter when it is preferable to carry a catalyst, for example, a metal having catalytic ability, on the honeycomb filter.
  • a catalyst capable of promoting the combustion of the PM in order to regenerate the honeycomb filter by burning the PM trapped in the honeycomb filter.
  • Specific examples of such a catalyst include, for example, Pt, Pd, Rh and the like, and it is preferable that at least one of them is supported on a honeycomb filter.
  • the honeycomb filter of the present invention has a structure in which a plurality of segments are integrated or has a slit. Dividing into a plurality of segments and integrating them into a single segment. By incorporating slits, thermal stress can be dispersed and cracks due to thermal stress can be prevented.
  • the honeycomb filter is segmented and integrated, the size and shape of each segment are not limited. However, if each segment is too large, the effect of preventing cracking by segmentation is sufficient. If the size is too small, it is not preferable because the production and joining of the segments becomes complicated.
  • the preferred shape of the segment is, for example, a square shape having a square cross section, that is, a square column shape, and the shape of the segment on the outer peripheral side is appropriately selected according to the shape of the honeycomb filter when integrated. be able to.
  • the cross-sectional shape of the entire honeycomb filter is not particularly limited, and is not limited to a circular shape as shown in FIG. 1 (b). For example, in addition to an elliptical shape, a substantially circular shape such as a race track shape, an oval shape, and the like. In addition, polygonal shapes such as a square shape and a hexagonal shape can
  • the method for manufacturing the honeycomb filter of the present invention is not particularly limited, but the honeycomb filter can be manufactured by the following method, for example.
  • the raw material powder for the honeycomb filter a material selected from the above-mentioned suitable materials, for example, silicon carbide powder is used, and a binder, for example, methylcellulose and hydroxypropoxylmethylcellulose is added thereto. Water is added to produce a plastic clay.
  • a formed body having a honeycomb structure having a predetermined partition wall and a cross-sectional shape of a flow hole as described above is obtained. This is dried with, for example, microwaves and hot air, sealed with a material similar to that used for manufacturing the honeycomb filter at one end where the adjacent flow holes are on the opposite side, and further dried, for example.
  • the honeycomb filter of the present invention can be obtained by heating and degreasing in a nitrogen atmosphere and then firing in an inert atmosphere such as argon.
  • the firing temperature and the firing atmosphere vary depending on the raw materials, and those skilled in the art can select an appropriate firing temperature and firing atmosphere for the selected ceramic raw material.
  • the honeycomb filter In order for the honeycomb filter to have a structure in which a plurality of segments are integrated, after obtaining the segments by the above-described method, the obtained segments are joined using, for example, a ceramic cement, and dried and cured to form a honeycomb filter. Can be obtained.
  • the method for supporting the catalyst on the honeycomb filter thus manufactured may be a method usually performed by those skilled in the art. After drying and firing, the catalyst can be supported.
  • honeycomb has a cylindrical shape with a diameter of 144 mm and a length of 152 mm, the cross-sectional shape of the flow hole is a square as shown in Fig. 13 (b), and the adjacent flow holes are opposite end faces.
  • Honeycomb fills A to F having the cell density, cell pitch p, and partition wall thickness t shown in Table 1 were prepared. Table 1 also shows the calculation results of the area of the partition wall surface facing the flow hole 3b of these filters. These honeycomb filters were attached to the exhaust pipe of a diesel engine, the amount of PM deposited in the honeycomb filter and the pressure loss were measured, and the pressure loss and PM deposited per unit filter area are shown in Fig. 12. . From Fig.
  • the cross-sectional shape of the flow holes is a combination of hexagons and triangles as shown in Fig. 2, and the filter has the same partition wall thickness, cell density, and overall diameter and length of the honeycomb filter as the honeycomb filter A.
  • the filter area was calculated to be 3.1 1 m 2 , using one as the honeycomb filter 1 G. Therefore, the honeycomb filter G can increase the filter area by about 1.52 times as compared with the honeycomb filter Yuichi A. Therefore, it can be seen that the increase rate of the pressure loss of the honeycomb filter G can be reduced to 1Z1.52 compared with the conventional honeycomb filter A.
  • Table 2 shows the results of examining the effective utilization, strength, ease of forming a die, ease of molding, and ash deposition capacity for the configuration shown in Figure 811. From the viewpoints of strength, ease of forming a die, and moldability, it is preferable that the cross section of the partition is a straight line shape rather than a curved shape such as a circle.
  • the partition wall thickness (t) is set to 15 mi 1 (0.38 lmm), and the cell density is set to 200 cells Z square inch (31.1 cells /
  • the dimensions corresponding to the form shown in Fig. 811 were calculated in consideration of strength, formability, etc., as a form roughly corresponding to the form in the case of cm 2 ).
  • Table 3 shows the results.
  • the cross-sectional area of the flow hole B into which the fluid to be treated flows and the cross-sectional area A of the flow hole from which the fluid to be treated flows out are shown in Table 3 from the viewpoint of preventing the ash accumulation capacity and the blocking of the openings of the flow holes.
  • the present invention since the cross-sectional area of the flow hole into which the fluid to be treated flows is larger than the cross-sectional area of the flow hole outflow, other conditions such as the partition wall thickness are the same. Even in this case, the filter area can be increased, and the increase in pressure loss over time can be suppressed.
  • the present invention has been described mainly with respect to a honeycomb filter for a DPF as an example, the present invention increases the cross-sectional area and volume of a flow hole into which a fluid to be treated flows by increasing the area of the filter. By doing so, the increase in pressure loss over time is suppressed, and it goes without saying that the present invention can be applied to honeycomb filters other than DPF.

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Description

明 細 書
八二カムフィルター 技術分野
本発明は、 内燃機関、 ボイラー等の排ガス中の微粒子捕集等の気体の濾過、 上 下水などの液体の濾過に用いることができる多孔質のハニカムフィルターに関し 、 特に使用による圧力損失の増大が少ないハニカムフィルターに関する。 背景技術
内燃機関、 ボイラー等の排ガス中の微粒子や有害物質は、 環境への影響を考慮 して排ガス中から除去する必要性が高まっている。 特にディーゼルエンジンから 排出される微粒子 （以下 P Mという） の除去に関する規制は欧米、 日本国内とも に強化される方向にあり、 P Mを除去するための捕集フィルタ一 （以下 D P Fと いう） にハニカム構造フィルターの使用が注目されている。 また、 上下水などの 液体の濾過にもハニカムフィルターが使用されている （例えば特開平 4一 3 0 1 1 1 4号公報参照） 。
この様な目的で使用されるハニカムフィルタ一は、 一般に、 図 1 3 ( a ) 、 ( b ) に示すように、 被処理流体の流入端面 4 2及び流出端面 4 4と、 端面 4 2か ら端面 4 4まで延びる隔壁 2と、 隔壁 2により仕切られ流入端面 4 2から流出端 面 4 4まで貫通する多数の断面四角形状の流通孔 3 a及び 3 bとを有し、 端面が 市松模様状を呈するように、 隣接する流通孔 3 a及び 3 bが互いに反対側となる 一方の端部で封止された構造を有する。 この様な構造を有するハニカムフィルタ 一において、 気体や液体などの被処理流体は、 流入端面 4 2において開口してい る流通孔 3 b、 即ち流出端面 4 4において封止されている流通孔 3 bに流入し、 多孔質の隔壁 2を通って隣の流通孔 3 a、 即ち流入端面 4 2において封止され、 流出端面 4 4において開口している流通孔 3 aから排出される。 この際、 隔壁 2 がフィルターとなり、 捕捉されたものは隔壁上に堆積する （例えば特開平 4— 3 0 1 1 1 4号公報参照） 。
この様なフィルタ一を用いた場合、 濾過抵抗などによる圧力損失が問題となり 、 圧力損失の小さなフィル夕一が求められている。 一般にフィルターを使用する と経時的にフィルター上に堆積物が堆積し、 圧力損失が増大するため、 経時変化 による圧力損失の増加が少ないハニカムフィルターが求められている。 特にハニ カムフィルタ一を D P Fに用いた場合には、 圧力損失の増大により、 内燃機関の 出力低下や燃費の悪化を招くため、 圧力損失の経時的な増加が少ないハニカムフ ィルターが特に求められている。 発明の開示
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、 その目的とするところ は、 使用による圧力損失の経時的な増加が少ないハニカムフィルターを提供する ことにある。
本発明は、 被処理流体の流入端面及び流出端面と、 前記流入端面から前記流出 端面まで延びる多孔質の隔壁と、 前記隔壁により仕切られ、 前記流入端面から前 記流出端面まで貫通する多数の流通孔とを有し、 前記流入端面において所定の流 通孔が封止されており、 前記流出端面において残余の所定の流通孔が封止されて いるハニカムフィルターであって、 前記流入端面において封止されている流通孔 の長手方向に対する垂直断面積の合計を A (mm2) 、 前記流出端面において封 止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面積の合計を B (mm2) とした 場合に、 A<Bの関係であることを特徴とする八二カムフィル夕一を提供するも のである。
本発明において、 前記 Bが Aに対して、 （A X 1 . 1 ) ≤B≤ (A X 1 5 ) の 範囲であることが好ましく、 流入端面において封止されている流通孔 1個当たり の、 流通孔の長手方向に対する垂直断面における平均面積を C (mm2Z l流通 孔） 、 流出端面において封止されている流通孔 1個当たりの、 前記垂直断面積に おける平均面積を D (mm2/ 1流通孔） とした場合に、 C<Dの関係であるこ とも好ましい。 また、 一の隔壁を挟んだ両側の流通孔が互いに反対側の端面にお いて封止されており、 流入端面において封止されている流通孔の長手方向に対す る垂直断面形状と、 流出端面において封止されている流通孔の長手方向に対する 垂直断面形状が異なることも好ましく、 流通孔の長手方向に対する垂直断面にお ける隔壁の断面形状が、 所定形状を一単位とした繰り返しにより構成されている ことも好ましい。 また、 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面 積の合計を E (mm2) とした場合に、 前記 A (mm2) と前記 B (mm2) と前記 E (mm2) との関係が、 A : B : E = 4〜3 0 : 3 2〜5 7 : 7〜6 4の範囲 であることが好ましく、 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の平均 厚さを F (mm) とした場合に、 前記 D (mm2/ 1流通孔） と前記 F (mm) との関係が、 D/ F≥5 . 5 (mm/ 1流通孔) であることが好ましい。 また、 隔壁の気孔率が 2 0 %以上であることが好ましい。 また、 隔壁がセラミックス及 び/又は金属を主成分とすることが好ましく、 前記主成分が、 コージェライト、 ムライト、 アルミナ、 スピネル、 炭化珪素、 窒化珪素、 リチウムアルミニウムシ リケート、 チタン酸アルミニウム、 F e— C r— A 1系金属及び金属珪素から選 ばれる 1種又は 2種以上であることが更に好ましい。 また、 隔壁上に触媒が担持 されていることも好ましく、 複数のハニカム構造のセグメントが一体化されてな ることも好ましく、 八二カムフィル夕一が、 ディーゼルエンジンから排出される 微粒子捕捉用であることも好ましい。 図面の簡単な説明
図 1 ( a ) は本発明に係るハニカムフィルターの一形態を示す模式的な斜視図 、 図 1 ( b ) は本発明のハニカムフィルターの一形態を示す模式的な平面図であ る。
図 2は図 1 ( b ) の I I部を拡大した拡大図である。
図 3は図 2に対応する部分の底面図である。
図 4は本発明に係るハニカムフィルターの別の形態を示す模式的な平面一部拡 大図である。
図 5は本発明に係るハニカムフィルタ一の更に別の形態を示す模式的な平面一 部拡大図である。
図 6は、 本発明に係るハニカムフィルタ一の更に別の形態を示す模式的な平面 一部拡大図である。
図 7は本発明に係るハニカムフィルタ一の更に別の形態を示す模式的な平面一 部拡大図である。
図 8は本発明に係るハニカムフィル夕一の更に別の形態を示す模式的な平面一 部拡大図である。
図 9は本発明に係るハニカムフィルタ一の更に別の形態を示す模式的な平面一 部拡大図である。
図 1 0は本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面 一部拡大図である。
図 1 1は本発明に係るハニカムフィルターの更に別の形態を示す模式的な平面 一部拡大図である。
図 1 2は圧力損失と単位フィルター面積当たりの P M堆積量の関係を示す図で ある。
図 1 3 ( a ) は従来のハニカムフィルターを示す模式的な斜視図、 図 1 3 ( b ) はその X b部を拡大した模式的な平面一部拡大図である。
図 1 4は従来のハニカムフィルタ一を示す模式的な平面一部拡大図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面に従って、 本発明のハニカムフィルターを詳細に説明するが、 本発 明は以下の実施形態に限定されるものではない。 なお、 以下において断面とは、 特に断りのない限り流通孔の長手方向 （図 1 ( a ) における X軸方向） に対する 垂直の断面を意味する。
本発明のハニカムフィルタ一は、 図 1 ( a ) 、 （b ) に示すように、 被処理流 体の流入端面 4 2及び流出端面 4 4と、 流入端面 4 2から流出端面 4 4まで延び る多孔質の隔壁 2と、 隔壁 2により仕切られ流入端面 4 2から流出端面 4 4まで 貫通する多数の流通孔 3 a及び 3 bとを有する。 更に、 図 2及び図 3に示すよう に、 流入端面 4 2において所定の流通孔 3 aが封止されており、 流出端面 4 4に おいて残余の所定の流通孔 3 bが封止されている。 なお、 図 1 ( a ) 、 ( b ) 及 び以下の図面において、 黒く塗りつぶした流通孔がその端面で封止されている流 通孑しを示す。
本発明の重要な特徴は、 例えば図 2及び図 3に示す、 流入端面 4 2において封 止されている流通孔 3 aの断面積の合計を A (mm2) 、 流出端面 44において 封止されている流通孔 3 bの断面積の合計を B (mm2) とした場合に、 A<B の関係であることである。 換言すれば、 被処理流体が流入する流通孔の断面積の 合計が、 被処理流体が流出する流通孔の断面積の合計よりも大きいことである。 この様な構成とすることにより、 フィルターの役割を有する隔壁の表面積を大 きくすることができ、 被処理流体が流入する流通孔内に面する隔壁の表面積に対 する、 隔壁に堆積する堆積物の割合を小さくすることができる。 これにより、 ハ 二カムスィル夕一を使用する際の経時的な圧力損失の増加を抑制することができ る。
本発明者が、 図 1 3 (a) 及び （b) に示すような従来構造で、 セル密度 （単 位断面積当たりの流通孔の数） の異なる種々の D P F用ハニカムフィルターを用 いて圧力損失の経時的変化を詳細に検討した結果、 圧力損失は、 （PMの付着重 量） / (隔壁の表面積） 、 即ち、 PMの隔壁上への堆積厚さに大きく依存するこ とを見出した。 そして、 被処理流体が流入する流通孔の断面積を被処理流体が流 出する流通孔の断面積よりも大きくすることにより、 隔壁の厚さを減少させなく ても、 PMが堆積する隔壁の表面積を大きくすることができ、 経時的な圧力損失 の増加を抑制することができることを見出した。
本発明は、 A<Bの関係、 即ち被処理流体が流入する流通孔の断面積の合計 （ B) が、 被処理流体が流出する流通孔の断面積の合計 （A) よりも大きいことを 重要な特徴とするが、 Aと Bとの差が少なすぎると本発明の効果が得られにくく なるため、 （AX 1. 1) ≤B, 更には （AX 1. 3) ≤B、 特に （AX 1. 5 ) ≤Bであることが好ましい。 また、 Aと Bとの差が大きすぎると、 実質的に被 処理流体が流出する流路が狭くなりすぎ、 結果として初期の圧力損失が大きくな りすぎ好ましくない。 従って、 B≤ (AX 1 5) 、 更には B≤ (AX 10) 、 特 に B≤ (AX 6. 5) 、 更に特に B≤ (AX 2. 5) であることが好ましい。 また、 例えば図 2及び図 3において、 流入端面 42において封止されている流 通孔 3 aの 1個当たりの平均断面積を C (mm2Zl流通孔） 、 流出端面 44に おいて封止されている流通孔 3 bの 1個当たりの平均断面積を D (mm2Zl流 通孔） とした場合に、 Cく Dの関係であること、 即ち、 被処理流体が流入する 1 個の流通孔 3 bの平均断面積が、 被処理流体が流出する 1個の流通孔 3 aの平均 断面積よりも大きいことが、 隔壁の表面積を大きくすることができる点で好まし い。 この場合も、 Cと Dとの差が少なすぎると本発明の効果が得られにくくなる ため、 （CX I. 1) ≤D、 更には （CX 1. 3) ≤D、 特に （CX 1. 5) ≤ Dであることが好ましく、 Cと Bとの差が大きすぎると、 初期の圧力損失が大き くなりすぎるため、 D≤ (CX I 5) 、 更には D≤ (CX 1 0) 、 特に D≤ (C X 6. 5) 、 更に特に D≤ (CX 2. 5) であることが好ましい。
上述のような本発明の構成とするための好ましい形態は、 例えば任意の一の隔 壁、 例えば図 4における隔壁 2 Xを挟んだ両側の流通孔 3 a X及び 3 b Xが互い に反対側の端面、 即ち 3 a Xは流入端面、 3 b Xは流出端面において封止されて おり、 被処理流体が流入する流通孔 3 b Xの断面形状と被処理流体が流出する流 通孔 3 a xの断面形状を異なる形状とした形態である。 この様な形態とすること により、 隔壁をフィルタ一として有効に使うことができ、 更に被処理流体が流入 する流通孔の断面積を大きくとることができる。 更に、 本発明のハニカムフィル 夕一は、 隔壁の断面形状が所定形状、 例えば図 5における Yで示される点線枠内 の形状を一単位として、 その形状の繰り返しにより構成されていることが好まし い。 この様な構成とすることにより、 異なる大きさ及び形状の流通孔を規則正し く組み合わせることができ、 隣り合う流通孔が互いに反対側の端面で封止され、 かつ被処理流体が流入する流通孔が大きな斬面を有する構成とすることができる この様な形態とするための流通孔の断面形状に特に制限はないが、 好ましい形 態としては、 例えば被処理流体が流入する流通孔を 1又は 2種類以上、 好ましく は 1又は 2種類の所定形状とし、 これに隣接する、 被処理流体が流出する流通孔 を 1又は 2種類以上、 好ましくは 1又は 2種類の所定形状とし、 この繰り返しに よりハニカムフィルターの断面が形成される形態が考えられる。 具体的には、 例 えば図 2に示すように、 流通孔 3 bを 6角形とし、 これと隔壁を挟んで隣接する 流通孔 3 aを 3角形とする形態、 図 4及び図 5に示すように、 流通孔 3 bを内角 が凹角である頂点を有する多角形、 例えば 8角形としこれと隔壁を挟んで隣接す る流通孔 3 aを 4角形とする形態、 図 6及び図 7に示すように、 流通孔 3 bを円 形とし、 これと隔壁を挟んで隣接する流通孔 3 aを 4本又は 3本の凹状円弧で囲 まれた形状とする形態などが挙げられる。
本発明における更に別の好ましい形態は、 図 8に示すように、 流通孔の断面形 状が四角形であって、 被処理流体が流入する流通孔 3 bが、 大きな流通孔 3 ^ 及びこれよりも小さな流通孔 3 b 2を備える形態である。 特に、 大きな流通孔 3 b tの角部 4 b ,と小さな流通孔 3 b 2の角部 4 b 2が隔壁 2の交差部 5を挟んで対 向する位置にある形態が好ましい。
ハニカムフィルターを D P F等に用いる場合、 P M等が流入端面に溜まり、 ブ リッジングを起こすことにより、 被処理流体が流入する流通孔の開口部を閉塞さ せてしまう場合があり、 総ての流通孔が閉塞してしまうと大きな問題となる。 図 8に示すように、 異なる大きさの、 被処理流体が流入する流通孔 3 b ,及び 3 b 2 を備えることにより、 全体のセル密度を下げずに、 大きな開口部を有する流通孔 3 を備えることができ、 閉塞を効果的に抑制できる。
また、 D P Fを用いたディーゼル排ガスの浄化システムにおいて、 排ガス中に P Mの燃焼を促進させる触媒を含ませることにより、 D P Fに溜まった P Mの燃 焼を促進させる方法が提案されているが、 この方法では、 触媒成分に由来する成 分 （アッシュ） が、 被処理流体が流入する流通孔に堆積する。 このアッシュは、 P Mと異なり、 流通孔内の封止部上に堆積するため、 被処理流体が流入する流通 孔の体積が大きいことが、 アッシュの堆積による圧力損失の増大を抑制するため には効果的となり、 この意味においても本発明のハニカムフィル夕一は有効であ る。
また、 図 8に示すような形態は、 ハニカムフィルターの強度という観点からも 優れている。 更に、 このハニカム構造は、.押出成形する際の口金の作成も比較的 容易であり、 成形性も良好であるという利点を有する。
本発明における更に別の好ましい形態を図 9に示す。 図 9に示す形態は、 被処 理流体が流出する流通孔の断面形状が四角形であり、 この流通孔 3 a xと隔壁 2 Xの面を挟んで隣接し被処理流体が流入する流通孔 3 b Xが八角形となる形態で ある。 このような形態も、 被処理流体が流入する流通孔の断面積を大きくできる とともに、 口金の作成が容易であり、 成形性も良好であるという利点を有する。 本発明における更に別の好ましい形態を図 1 0に示す。 図 1 0に示す形態は、 流通孔の断面形状が三角形であり、 被処理流体が流出する 2つの流通孔 3 a X , 及び 3 a x 2が、 被処理流体が流入する流通孔 3 b Xの一面を形成する隔壁 2 x を挟んで隣接するように配置される形態である。 このような形態は、 口金の作成 、 成形性の点で図 8及び 9に示す形態に較べ若干劣るものの、 隔壁を有効に利用 でき、 被処理流体が流入する面のフィルタ一面積を広くすることができるという 利点を有する。
本発明における更に別の好ましい形態を図 1 1に示す。 図 1 1に示す形態は、 断面形状が六角形と四角形である 2種類の、 被処理流体が流入する流通孔 3 b , 、 3 b 2を備える。 また、 断面形状が四角形と三角形である 2種類の、 被処理流 体が流出する流通孔 3 a 3 a 2を備える。 そして、 被処理流体が流出する、 2 つの断面四角形の流通孔 3 a t及び 4つの断面三角形の流通孔 3 a 2が、 被処理流 体が流入する断面六角形の流通孔 3 b iと隔壁面を挟んで隣接するように配置さ れ、 被処理流体が流出する、 2つの断面四角形の流通孔 3 及び 2つの断面三 角形の流通孔 3 a 2が、 被処理流体が流入する断面四角形の流通孔 3 b 2と隔壁面 を挟んで隣接するように配置される。 このような形態は、 口金の作成、 成形性の 点で若干劣るものの、 異なる大きさの被処理流体が流入する流通孔を備えるため 、 全体のセル密度を下げずに、 大きな開口部を有する流通孔を備えることができ 、 流通孔の閉塞を効果的に抑制できる。
なお、 図 2〜1 1に具体的な好ましい流通孔の形態を示したが、 ハニカムフィ ルターの総ての流通孔がこのような形態である必要はなく、 特に図 1 ( b ) に示 すように、 ハニカムフィルタ一全体の断面形状に対応して、 外周部の流通孔は不 完全な形となり得るため、 上述のような好ましい形態とはならない場合がある。 このような場合でも、 上述のような好ましい形態が断面流通孔全体の 3 0体積％ 以上を占めていると効果が現われ、 更に 5 0体積％以上、 更に特に 7 0体積％以 上が上述のような形態であることが好ましい。
本発明のハニカムフィルターの平均セル密度に特に制限はないが、 平均セル密 度が小さすぎると、 フィルターとしての強度及び有効 G S A (幾何学的表面積） が不足し、 平均セル密度が大きすぎると、 初期の圧力損失が大きくなりすぎ好ま しくない。 従って、 セル密度は、 6〜2000セル Z平方インチ （0. 9〜31 1セル Z cm2) 、 更には 50〜： L 000セル/平方ィンチ （7. 8〜 155セ ル Zcm2) 、 特に 100〜400セル/平方インチ （15. 5〜62. 0セル /cm2) の範囲であることが好ましい。
本発明は、 圧力損失の経時的な増加の抑制を図るものであるが、 初期の圧力損 失を低くすることも重要であり、 初期の圧力損失は、 ハニカムフィルターの断面 において、 被処理流体が流入する流通孔の断面積、 即ち A (mm2) 、 被処理流 体が流出する流通孔の断面積、 即ち B (mm2) 及び隔壁の断面積、 即ち E (m m2) の比率にも大きく依存する。 また、 隔壁の断面積が小さければ圧力損失は 小さくなるが、 ハニカムフィルターの強度が低下する。 従って、 A： B： Eは、 4〜30 ： 32〜57 ： 7〜64であることが好ましく、 より好ましくは、 10 〜30 ： 37〜57 ： 15〜50、 更に好ましくは、 15〜30 : 42〜57 ： 25〜45の範囲である。
本発明における図 1 (a) 〜図 3に示すような形態において、 被処理流体が流 入する流通孔 1個当たりの断面積を、 図 13 (b) に示すような従来のフィルタ 一における断面積と同等とし、 被処理流体が流出する流通孔の断面積をこれより 小さくした場合に、 隔壁の厚さを従来と同等の厚さにすると、 フィルター全体の 断面積における隔壁の断面積の占める割合は相対的に大きくなる。 従って、 従来 のフィルタ一と同等の強度を得ようとする場合に、 隔壁の厚さを薄くすることが でき、 初期の圧力損失を低下させることができる。 従って、 このような形態にお いて、 被処理流体が流入する流通孔 1個当たりの断面積、 即ち D (mm2Zl流 通孔） を、 断面における隔壁の平均厚さ、 即ち F (mm) で割った値は、 5. 5 (mm/ 1流通孔） 以上であることが好ましく、 6. 0 (mmZ 1流通孔） 以上 であることがより好ましく、 6. 5 (mmZl流通孔） 以上であることが更に好 ましい。
本発明における隔壁の厚さの絶対値には特に制限はないが、 隔壁が厚すぎると 多孔質の隔壁を被処理流体が透過する際の初期圧力損失が大きくなりすぎ、 隔壁 が薄すぎると強度が不足し各々好ましくない。 隔壁の厚さは、 30〜 2000M m、 更には 40〜 1000 m、 特に 50〜 750 の範囲であることが好ま しい。 また、 図 1 (a) に示すような外周壁 7は、 ハニカムフィルターの強度向 上の観点から、 隔壁 2よりも厚いことが好ましく、 45〜6000 1[1、 更には 60〜4000 m、 特に 75〜2000 mの範囲であることが好ましい。 な お、 外周壁は成形時に隔壁と一体的に形成させる成形一体壁だけでなく、 成形後 に、 外周を研削して所定形状とし、 セメント等で外周壁を形成するセメントコー ト壁でもよい。
本発明のハニカムフィルターの隔壁は多孔質体であるが、 隔壁の気孔径に特に 制限はなく、 当業者であれば用途に合わせて適宜選択することができる。 一般に 、 気孔径は被処理流体の粘度や分離すべき対象物によって選択することができ、 例えば DP Fに用いる場合は平均値で 1〜100 m程度とすることが好ましい 。 水の浄化用に用いる場合は、 0. 01〜10 程度とすることが好ましい。 本発明において気孔率は重要であり、 初期の圧力損失に大きな影響を与える。 気孔率が小さすぎると初期圧力損失が大きすぎ好ましくない。 例えば D P Fに用 いる場合の好ましい気孔率は 20%以上、 より好ましくは 30%以上、 更に好ま しくは 40%以上である。 また、 本発明においては、 隔壁の厚さを薄くして気孔 率を上げることも、 初期の圧力損失を小さくする観点から好ましい形態であり、 例えば隔壁の厚さが 0. 5mm以下、 より好ましくは 0. 45mm以下、 更に好 ましくは 0. 4mm以下であって、 気孔率が 30%以上、 より好ましくは 40% 以上であることも好ましい。 一方気孔率が大きすぎると強度が不足しすぎるため 、 気孔率は 90%以下であることが好ましい。 更に、 触媒を担持してパティキュ レートを連続して燃焼させる方式のフィルタ一等、 圧力損失を低く抑えなければ ならないフィルタ一として用いる場合には、 気孔率が 30〜90%の範囲にある ことが好ましく、 気孔率が 50〜80%の範囲にあることが更に好ましく、 気孔 率が 50〜75 %の範囲にあることが特に好ましい。 また、 排ガス中に PMの燃 焼を促進させる触媒を含ませる方式において本発明のハニカムフィルターを使用 する場合には、 PM燃焼時に生じる大きな熱応力に耐えられるよう、 ち密で高強 度な材料が必要となる。 このような材料の気孔率は 20〜80 %が好ましく、 2 5〜70 %が更に好ましく、 30〜60 %が特に好ましい。 なお、 本発明におい て、 気孔率は、 体積％を意味する。 本発明において、 八二カムフィルタ一を構成する材質に特に制限はないが、 強 度、 耐熱性、 耐久性等の観点から、 主成分は酸化物又は非酸化物の各種セラミツ クスゃ金属等が好ましく、 具体的には例えばコ一ジエライト、 ムライト、 アルミ ナ、 スピネル、 炭化珪素、 窒化珪素、 リチウムアルミニウムシリゲート及びチタ ン酸アルミニウム等が考えられ、 金属としては F e _ C r— A 1系金属及び金属 珪素等が考えられ、 これらの中から選ばれた 1種又は 2種以上を主成分とするこ とが好ましい。 更に高強度、 高耐熱性等の観点からは、 主成分が、 アルミナ、 ム ライト、 リチウムアルミニウムシリケ一ト、 コ一ジェライト、 炭化珪素及び窒化 珪素からなる群から選ばれた 1種又は 2種以上であることが好ましく、 熱伝導率 及び耐熱性の観点からは、 炭化珪素又は珪素—炭化珪素複合材料が特に適してい る。 ここで、 「主成分」 とは、 ハニカムフィルターの 5 0質量％以上、 好ましく は 7 0質量％以上、 更に好ましくは 8 0質量％以上を構成することを意味する。 . 流通孔が封止されることにより形成される封止部の材質にも特に制限はないが 、 上述のハニカムフィルターの隔壁に好適なものとして挙げたセラミツクス及び 金属の中から選択された 1種又は 2種以上のセラミツクス及び/又は金属を含む ものが好ましい。
本発明のハニカムフィルターに堆積した堆積物を除去するような場合、 ハニカ ムフィルターに触媒、 例えば触媒能を有する金属等を担持させることが好ましい 。 特に、 ハニカムフィルターを D P Fとして用いる場合、 ハニカムフィルター内 に捕捉された P Mを燃焼させてハニカムフィルタ一を再生するために、 P Mの燃 焼を促進させる能力を有する触媒を含むことが好ましい。 この様な触媒の具体例 としては、 例えば P t、 P d、 R h等が挙げられ、 これらのうちの少なくとも 1 種をハニカムフィルターに担持させることが好ましい。
本発明のハニカムフィルタ一は、 複数のセグメントを一体化させたものや、 ス リットを有するものであることも好ましい。 複数のセグメントに分割しこれを一 体化したものとすることゃスリツトを入れたものとすることにより、 熱応力を分 散させ熱応力によるクラックを防止することができる。 ハニカムフィルタ一をセ グメント化し、 これを一体化する場合の各セグメントの大きさや形状に制限はな いが、 各セグメントが大きすぎると、 セグメント化によるクラック防止効果が十 分に発揮されず、 小さすぎると各セグメントの製造や接合による一体化が煩雑と なり好ましくない。 好ましいセグメントの大きさは、 断面積が 9 0 0〜1 0 0 0 0 mm2, 更に好ましくは 9 0 0〜5 0 0 O mm2、 最も好ましくは 9 0 0〜 3 6 0 0 mm2であり、 ハニカムフィルターの 7 0容量％以上が、 この大きさのハニ カムセグメントから構成されていることが好ましい。 セグメントの好ましい形状 は、 例えば、 断面形状が四角形状、 即ちセグメントが四角柱状であるものを基本 形状とし、 一体化した場合のハニカムフィルターの形状に合わせて外周側のセグ メントの形状を適宜選択することができる。 また、 ハニカムフィルタ一全体の断 面形状に特に制限はなく、 図 1 ( b ) に示すような円形状に限られず、 例えば楕 円形状の他、 レーストラック形状、 長円形状等の略円形状の他、 四角形状、 六角 形状などの多角形状とすることもできる。
本発明のハニカムフィルタ一の製造方法に特に制限はないが、 例えば以下のよ うな方法により製造することができる。
ハニカムフィルターの原料粉末として、 前述の好適な材料の中から選ばれた材 料、 例えば炭化珪素粉末を使用し、 これにバインダー、 例えばメチルセルロース 及びヒドロキシプロボキシルメチルセルロース等を添加し、 更に界面活性剤及び 水を添加し、 可塑性の坏土を作製する。 この坏土を押出成形することにより、 上 述のような所定の隔壁及び流通孔の断面形状を有するハニカム構造の成形体を得 る。 これを、 例えばマイクロ波及び熱風で乾燥後、 隣接する流通孔が互いに反対 側となる一方の端部でハニカムフィルターの製造に用いた材料と同様の材料で封 止し、 更に乾燥した後、 例えば窒素雰囲気中で加熱脱脂し、 その後アルゴン等の 不活性雰囲気中で焼成することにより本発明のハニカムフィルターを得ることが できる。 焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、 当業者であれば、 選択さ れたセラミック原料に適切な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。 ハニカムフィルターを複数のセグメントが一体化された構成とするためには、 上記の方法でセグメントを得た後、 得られたセグメントを、 例えばセラミックス セメントを用いて接合し、 乾燥硬化することによってハニカムフィルターを得る ことができる。 この様にして製造されたハニカムフィルタ一に触媒を担持させる 方法は、 当業者が通常行う方法でよく、 例えば触媒スラリーをゥォッシュコート して乾燥、 焼成することにより触媒を担持させることができる。
次に、 具体例を基に、 本発明を更に具体的に説明する。
直径 1 4 4 mmX長さ 1 5 2 mmの円筒形状であって、 流通孔の断面形状が図 1 3 ( b ) に示すような正方形であり、 かつ隣接する流通孔が互いに反対側の端 面で封止されており、 セル密度、 セルピッチ p及び隔壁厚さ tが各々表 1に示す 寸法のハニカムフィル夕一 A〜Fを作成した。 これらのフィル夕一の流通孔 3 b に面する隔壁面の面積を計算した結果もフィルター面積として表 1に示した。 こ れらのハニカムフィルタ一をディーゼルエンジンの排気管に取り付け、 ハニカム フィルター内への P Mの堆積量と圧力損失を測定し、 圧力損失と単位フィルター 面積当たりの P M堆積量を図 1 2に示した。 図 1 2より、 隔壁厚さが同一であれ ば、 圧力損失増加の傾きがほぼ同一となり、 圧力損失は単位フィルタ一面積当た りの P M堆積量に直接依存して増加することがわかる。 従って、 フィルタ一面積 を大きくすることにより、 圧力損失の増加を抑制できることがわかる。
ハニカムフィルタ一 隔壁厚 e、t(mm) セル密度（セル/ cm2) セノレヒッチ、 p (mm) フィルタ一面積（m2)
A 0.384 32.2 1 J6 2.05
I—1
B 0.389 31.0 1.80 2.02
C 0.384 38.0 1.62 2.18
D 0.371 39.4 1.59 2.23
E 0.376 47.1 1.46 2.35
0.302 47.3 1.45 2.52
F
ここで、 流通孔の断面形状を図 2に示す六角形と三角形を組み合わせた形状と し、 隔壁厚さ、 セル密度、 ハニカムフィルター全体の直径及び長さをハニカムフ ィルター Aと同一とした場合のフィルタ一をハニカムフィルタ一 Gとして、 フィ ルター面積を計算すると 3. 1 1m2となった。 従って、 ハニカムフィル夕一 A に較べて、 ハニカムフィルター Gは約 1. 5 2倍フィルター面積を大きくするこ とができる。 従って、 ハニカムフィルター Gの圧力損失の増加率は従来のハニカ ムフィルター Aに較べて 1Z1. 5 2に軽減できることがわかる。
図 8 1 1に示した形態について、 隔壁の有効利用度、 強度、 口金作成の容易 性、 成形の容易性、 アッシュ堆積容量を検討した結果を表 2に示す。 なお、 強度 、 口金作成の容易性、 成形性の観点からは、 隔壁の断面が円形などの曲線形状よ りも直線形状であることが好ましい。
(表 2)
Figure imgf000017_0001
更に、 図 1 4に示すような従来の形態において、 隔壁の厚さ （t) を 1 5m i 1 (0. 3 8 lmm) 、 セル密度を 20 0セル Z平方インチ （3 1. 1セル/ c m2) とした場合の形態におおよそ対応する形態として、 強度や成形性なども勘 案し、 図 8 1 1に示した形態に基づく具体的な寸法を算出した。 表 3にその結 果を示す。 アッシュの堆積容量や流通孔の開口部の閉塞の防止という観点からは 、 表 3に示すように被処理流体が流入する流通孔の断面積 Bと被処理流体が流出 する流通孔の断面積 Aとの比率が低くても十分な効果が得られ、 強度、 口金作成 の容易性、 成形性及び初期の圧力損失を考慮に入れると （AX 1. 1) ≤B≤ ( AX 6. 5) 、 更に （AX 1. 1) ≤B≤ (AX 2. 5) の範囲も好適な範囲で ある。 (表 3 )
Figure imgf000018_0001
産業上の利用可能性
以上述べてきたように本発明のハニカムフィルタ一は、 被処理流体が流入する 流通孔の断面積が、 流出する流通孔の断面積よりも大きいため、 隔壁厚さ等の他 の条件を同一とした場合でも、 フィルター面積を大きくすることができ、 圧力損 失の経時的な増加を抑制することができる。 なお、 本発明を主に D P F用のハニ カムフィルターを例に説明してきたが、 本発明はフィルタ一面積を大きくするこ とにより、 また被処理流体が流入する流通孔の断面積及び体積を大きくすること により、 圧力損失の経時的な増加を抑制するものであり、 D P F以外のハニカム フィルターにも適用できることはいうまでもない。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 被処理流体の流入端面及び流出端面と、 前記流入端面から前記流出端面ま で延びる多孔質の隔壁と、 前記隔壁により仕切られ、 前記流入端面から前記流出 端面まで貫通する多数の流通孔とを有し、 前記流入端面において所定の流通孔が 封止されており、 前記流出端面において残余の所定の流通孔が封止されているハ 二カムフィルターであって、 前記流入端面において封止されている流通孔の長手 方向に対する垂直断面積の合計を A (mm2) 、 前記流出端面において封止され ている流通孔の長手方向に対する垂直断面積の合計を B (mm2) とした場合に
A< B
の関係であることを特徴とするハニカムフィルター。
2 . 前記 Bが Aに対して、
(A X 1 . 1 ) ≤B≤ (A X 1 5 )
の範囲である請求項 1に記載のハニカムフィルター。
3 . 流入端面において封止されている流通孔 1個当たりの、 流通孔の長手方向 に対する垂直断面における平均面積を C (mm2Z l流通孔） 、 流出端面におい て封止されている流通孔 1個当たりの、 前記垂直断面積における平均面積を D ( mm2Z l流通孔） とした場合に、
C <D
の関係である請求項 1又は 2に記載の Λ二力ムフィルター。
4 . 一の隔壁を挟んだ両側の流通孔が互いに反対側の端面において封止されて おり、 流入端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面形状 と、 流出端面において封止されている流通孔の長手方向に対する垂直断面形状が 異なる請求項 1乃至 3の何れか 1項に記載のハニカムフィルター。
5 . 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面形状が、 所定形状 を一単位とした繰り返しにより構成されている請求項 4に記載のハニカムフィル タ · ~
6 . 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の断面積の合計を E (m mz) とした場合に、 前記 A (mm2) と前記 B (mm2) と前記 E (mm2) との 関係が、
A : B : E=4〜30 ： 32〜57 ： 7〜64
の範囲である請求項 1乃至 5の何れか 1項に記載のハニカムフィルター。
7. 流通孔の長手方向に対する垂直断面における隔壁の平均厚さを F (mm) とした場合に、 前記 D (mm2/ 1流通孔） と前記 F (mm) との関係が、
D/F≥5. 5 (mm/ 1流通孔）
である請求項 1乃至 6の何れか 1項に記載のハニカムフィルター。
8. 隔壁の気孔率が 20 %以上である請求項 1乃至 7の何れか 1項に記載のハ
9. 隔壁がセラミックス及び Z又は金属を主成分とする請求項 1乃至 8の何れ か 1項に記載のハニカムフィルタ一。
10. 前記主成分が、 コ一ジエライト、 ムライト、 アルミナ、 スピネル、 炭化 珪素、 窒化珪素、 リチウムアルミニウムシリゲート、 チタン酸アルミニウム、 F e— C r— A 1系金属及び金属珪素から選ばれる 1種又は 2種以上である請求項 9に記載のハニカムフィルター。
11. 隔壁上に触媒が担持されている請求項 1乃至 10の何れか 1項に記載の ハニカムフィル夕一。
12. 複数のハニカム構造のセグメントが一体化されてなる請求項 1乃至 11 の何れか 1項に記載のハニカムフィルタ一。
13. ハニカムフィルタ一が、 ディ一ゼルェンジンから排出される微粒子捕捉 用である請求項 1乃至 12の何れか 1項に記載のハニカムフィルター。
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